大脑神经细胞存在“热传感器”：蛋白质会释放降温信号(生物电化学的研究领域)

大脑神经细胞存在“热传感器”：蛋白质会释放降温信号

2016年08月31日讯 德国海德堡大学医院研究人员首次在动物实验中发现了大脑热传感物质，在身体发烧的时候，特殊脑神经细胞中的蛋白质会释放降温信号，调节体温。相关论文发表在最新一期的《科学》杂志上。

有关人及温血动物的体温调节机制之前并不清楚，尽管已知大脑中被称为下丘脑的区域可能对调温起作用，但并不清楚哪些神经细胞何时起作用，以及通过何种分子信号途径来测量。研究人员一直猜测是动物的大脑存在某种控温机制。海德堡大学医院药理研究所的专家发现在动物大脑中有一个“热传感器”，它是大脑神经细胞中的一种特殊蛋白质，被称为TRPM2蛋白质。

研究人员在小白鼠试验中发现，当小鼠体温达到39摄氏度时，含TRPM2蛋白质的神经细胞激活，大量钙离子涌入细胞，被激活的神经元相当于释放了一个降温信号，从而降低因身体过热产生的危险。研究小组负责人简·西门子教授说：“研究蛋白质TRPM2作为潜在的治疗手段肯定有意义，但更为重要的是我们在分子层面认识了大脑对体温进行调节的复杂机理。”

新实验中，研究人员将一些小白鼠的TRPM2蛋白质剔除，结果发现没有这种蛋白质的小白鼠虽然也能调节体温，但其发热升温比未修正的小白鼠明显要高。实验显示，TRPM2在正常体温精细调节中并非起唯一决定性作用，显然在大脑中还有另外的温度传感器，TRPM2是在过热，如高烧危险的情况下，可以激发身体把多余热量散去。西门子教授认为，尽管实验可以证明由TRPM2构成的神经细胞对体温调节起作用，但不能排除还有其他体温传感器在起作用。另外人体的TRPM2调温机理是否和实验鼠相同，以及是否能用于开发新疗法还需进一步研究。

脑细胞简介

脑细胞，主要包括神经元和神经胶质细胞。骨骼、肝脏、肌肉等其它器官或组织损伤后可因细胞分裂增殖很快得以恢复，唯独脑细胞不可再生，一旦发育完成后，再也不会增殖。人的一生就只有出生时那个数目的脑细胞可供利用，大约140亿个。骨骼、肝脏、肌肉等其它器官或组织损伤后可因细胞分裂增殖很快得以恢复，只有脑细胞不可分裂。

生物电化学的研究领域

近几十年来生物电化学发展非常迅速 ，其研究分别在分子、细胞和生物组织等三个不同层次上进行。目前的研究领域主要有以下几个方面：
1.生物膜与生物界面模拟研究
主要研究膜的电化学热力学性质、物质的跨膜传输和生物电的传递等现象。
(1)SAM膜模拟生物膜的电化学研究
SAM是基于长链有机分子在基底材料表面的强烈化学结合和有机分子链间相互作用自发吸附在固/液或气/固界面,形成的热力学稳定、能量最低的有序膜。在单分子层中分子定向、有序、紧密地排列在一起,并且膜的结构和性质可以通过改变分子的头基、尾基以及链的类型和长度来调节。因此，SAM成为研究各种复杂界面现象，如膜的渗透性、摩擦、磨损、湿润、粘结、腐蚀、生物发酵、表面电荷分布以及电子转移理论的理想模型体系。有关SAM的电化学主要是用电化学方法研究SAM的绝对覆盖量、缺陷分布、厚度、离子通透性、表面电势分布、电子转移等。利用SAM可研究溶液中的氧化还原物种与电极间的跨膜(跨SAM)电子转移,以及电活性SAM本身与电极间的电子转移。在膜电化学中，硫醇类化合物在金电极表面形成的SAM是最典型的和研究最多的体系。因为长链硫醇类化合物在分子尺寸、组织模型和膜的自然形成三方面很类似于天然的生物双层膜，同时它具有分子识别功能和选择性响应,且稳定性高。所以硫醇类化合物在金电极上形成的SAM对仿生研究有重要意义。例如可用SAM表面分子的选择性来研究蛋白质的吸附作用；以烷基硫醇化合物在金上的SAM膜为基体研究氧化还原蛋白质中电子的长程和界面转移机制等；在硫醇SAM上沉积磷脂可较容易地构造双层磷脂膜，以SAM来模拟双层磷脂膜的准生物环境和酶的固定化使酶进行直接电子转移已在生物传感器的研究中得到应用。如以胱氨酸或半胱氨酸为SAM,通过缩合反应键合上媒介体(如TCNQ、二茂铁、醌类等)和酶可构成测葡萄糖、谷胱甘肽、胆红素、苹果酸等的多种生物传感器。
(2)　液/液界面模拟生物膜的电化学研究
所谓液/液(L/L)界面是指在两种互不相溶的电解质溶液之间形成的界面,又称为油/水(O/W)界面。有关L/L界面电化学的研究范围很广,包括L/L界面双电层、L/L界面上的电荷转移机理及动力学、生物膜模拟、以及电化学分析应用等。L/L界面可以看作与周围电解质接触的半个生物膜模型。生物膜是一种极性端分别朝细胞内和细胞外水溶液的磷脂自组装结构,磷脂的亲脂链形成像油一样的膜内层。因此,从某种意义上来说,吸附着磷脂单分子层的L/L界面非常接近于生物膜/水溶液界面。磷脂是非常理想的实验材料,它能很好地吸附在L/L界面上。电荷或电势和磷脂单分子层表面张力之间的偶联作用被认为是细胞和细胞中类脂质运动的基本驱动力。可见,L/L界面生物电化学是一很有生命力的研究领域,将继续受到人们的广泛重视。
生物细胞膜是一种特殊类型的半透膜。
细胞膜对K+Cl-Na+等离子的通透性也不相同。
细胞膜内外的K+Cl-Na+等离子的浓度不同，因此产生的膜电势称为(细胞)生物膜电势。
不同的电流通过动物细胞膜，死的细胞和活的细胞的表现不同。
2.生物电化应用技术
由于生命现象与电化学过程密切相关,因此电化学方法在生命科学中得到广泛应用，主要有：电脉冲基因直接导入、电场加速作物生长、癌症的电化学疗法、电化学控制药物释放、在体研究的电化学方法、生物分子的电化学行为、血栓和心血管疾病的电化学研究、骨骼的电生长、心电图和脑电图的研究、生物电池等。
电脉冲基因直接导入是基于带负电的质粒DNA或基因片断在高压脉冲电场的作用下被加速“射”向受体细胞,同时在电场作用下细胞膜的渗透率增加(介电击穿效应),使基因能顺利导入受体细胞。由于细胞膜的电击穿的可逆性,除去电场,细胞膜及其所有的功能都能恢复。此法已在分子生物学中得到应用。细胞转化效率高，可达每微克DNA1010个转化体,是用化学方法制备的感受态细胞的转化率的10～20倍。
电场加速作物生长是很新的研究课题。Matsuzaki等报道过玉米和大豆苗在含0.5mmol/l K2SO4培养液中培养,同时加上20Hz,3V或4V(峰 峰)的电脉冲，6天后与对照组相比，秧苗根须发达，生长明显加速。其原因可能是电场激励了生长代谢的离子泵作用。
癌症的电化学疗法是瑞典放射医学家Nordenstrom开创的治疗癌症的新方法。其原理是:在直流电场作用下，引起癌灶内一系列生化变化,使其组织代谢发生紊乱，蛋白质变性、沉淀坏死，导致癌细胞破灭。一般是将铂电极正极置于癌灶中心部位，周围扎上1～5根铂电极作负极，加上6～10V的电压，控制电流为30～100mA，治疗时间2～6小时，电量为每厘米直径癌灶100～150库仑。此疗法已推广用于肝癌、皮肤癌等的治疗。对体表肿瘤的治疗尤为简便、有效。
控制药物释放技术是指在一定时间内控制药物的释放速度、释放地点，以获得最佳药效，同时缓慢释放有利于降低药物毒性。电化学控制药物释放是一种新的释放药物的方法，这种方法是把药物分子或离子结合到聚合物载体上，使聚合物载体固定在电极表面，构成化学修饰电极，再通过控制电极的氧化还原过程使药物分子或离子释放到溶液中。药物在载体聚合物上的负载方式分为共价键合型和离子键合型负载两类。共价键合负载是通过化学合成将药物分子以共价键方式键合到聚合物骨架上，然后利用涂层法将聚合物固定在固体电极表面形成聚合物膜修饰电极，在氧化或还原过程中药物分子与聚合物之间的共价键断裂，使得药物分子从膜中释放出来。离子键合负载是利用电活性导电聚合物如聚吡咯、聚苯胺等在氧化或还原过程中伴随有作为平衡离子的对离子的嵌入将药物离子负载到聚合物膜中，再通过还原或氧化使药物离子从膜中释放出来。
在体研究是生理学研究的重要方法，其目的在于从整体水平上认识细胞、组织、器官的功能机制及其生理活动规律。由于一些神经活性物质(神经递质)具有电化学活性,因此电化学方法首先被用于脑神经系统的在体研究。当采用微电极插入动物脑内进行活体伏安法测定获得成功后，立即引起了人们的极大兴趣。该技术经过不断的改善,被公认为在正常生理状态下跟踪监测动物大脑神经活动最有效的方法。通常可检测的神经递质有多巴胺、去甲肾上腺素、5-羟色胺及其代谢产物。微电极伏安法成为连续监测进入细胞间液中原生性神经递质的有力工具。在体研究一般采用快速循环伏安法(每秒上千伏)和快速计时安培法。快速循环伏安法还被用于研究单个神经细胞神经递质释放的研究,发展成为所谓的“细胞电化学”。
生物分子的电化学行为的研究是生物电化学的一个基础研究领域,其研究目的在于获取生物分子氧化还原电子转移反应的机理,以及生物分子电催化反应机理,为正确了解生物活性分子的生物功能提供基础数据。所研究的生物分子包括小分子如氨基酸、生物碱、辅酶、糖类等和生物大分子如氧化还原蛋白、RNA、DNA、多糖等。
3.电化学生物传感器和生物分子器件 传感器与通信系统和计算机共同构成现代信息处理系统。传感器相当于人的感官,是计算机与自然界及社会的接口,是为计算机提供信息的工具。
传感器通常由敏感(识别)元件、转换元件、电子线路及相应结构附件组成。生物传感器是指用固定化的生物体成分(酶、抗原、抗体、激素等)或生物体本身(细胞、细胞器、组织等)作为感元件的传感器。电化学生物传感器则是指由生物材料作为敏感元件，电极(固体电极、离子选择性电极、气敏电极等)作为转换元件，以电势或电流为特征检测信号的传感器。由于使用生物材料作为传感器的敏感元件，所以电化学生物传感器具有高度选择性，是快速、直接获取复杂体系组成信息的理想分析工具。一些研究成果已在生物技术、食品工业、临床检测、医药工业、生物医学、环境分析等领域获得实际应用。
根据敏感元件所用生物材料的不同，电化学生物传感器分为酶电极传感器、微生物电极传感器、电化学免疫传感器、组织电极与细胞器电极传感器、电化学DNA传感器等。
(1)酶电极传感器
以葡萄糖氧化酶(GOD)电极为例简述其工作原理。在GOD的催化下，葡萄糖(C6H12O6)被氧氧化生成葡萄糖酸(C6H12O6)和过氧化氢。根据上述反应,显然可通过氧电极(测氧的消耗)、过氧化氢电极(测H2O2的产生)和PH电极(测酸度变化)来间接测定葡萄糖的含量。因此只要将GOD固定在上述电极表面即可构成测葡萄糖的GOD传感器。这便是所谓的第一代酶电极传感器。这种传感器由于是间接测定法,故干扰因素较多。第二代酶电极传感器是采用氧化还原电子媒介体在酶的氧化还原活性中心与电极之间传递电子。第二代酶电极传感器可不受测定体系的限制,测量浓度线性范围较宽,干扰少。现在不少研究者又在努力发展第三代酶电极传感器,即酶的氧化还原活性中心直接和电极表面交换电子的酶电极传感器。
目前已有的商品酶电极传感器包括:GOD电极传感器、L-乳酸单氧化酶电极传感器、尿酸酶电极传感器等。 (2)微生物电极传感器
将微生物(常用的主要是细菌和酵母菌)作为敏感材料固定在电极表面构成的电化学生物传感器称为微生物电极传感器。其工作原理大致可分为三种类型：其一，利用微生物体内含有的酶(单一酶或复合酶)系来识别分子，这种类型与酶电极类似；其二，利用微生物对有机物的同化作用，通过检测其呼吸活性(摄氧量)的提高，即通过氧电极测量体系中氧的减少间接测定有机物的浓度；其三，通过测定电极敏感的代谢产物间接测定一些能被厌氧微生物所同化的有机物。
微生物电极传感器在发酵工业、食品检验、医疗卫生等领域都有应用。例如；在食品发酵过程中测定葡萄糖的佛鲁奥森假单胞菌电极；测定甲烷的鞭毛甲基单胞菌电极；测定抗生素头孢菌素的Citrobacterfreudii菌电极等等。微生物电极传感器由于价廉、使用寿命长而具有很好的应用前景,然而它的选择性和长期稳定性等还有待进一步提高。
(3)电化学免疫传感器
抗体对相应抗原具有唯一性识别和结合功能。电化学免疫传感器就是利用这种识别和结合功能将抗体或抗原和电极组合而成的检测装置。电化学免疫传感器从结构上可分为直接型和间接型两类。直接型的特点是在抗体与其相应抗原识别结合的同时将其免疫反应的信息直接转变成电信号。这类传感器在结构上可进一步分为结合型和分离型两种。前者是将抗体或抗原直接固定在电极表面上，传感器与相应的抗体或抗原发生结合的同时产生电势改变；后者是用抗体或抗原制作抗体膜或抗原膜，当其与相应的配基反应时，膜电势发生变化，测定膜电势的电极与膜是分开的。间接型的特点是将抗原和抗体结合的信息转变成另一种中间信息,然后再把这个中间信息转变成电信号。这类传感器在结构上也可进一步分为两种类型：结合型和分离型。前者是将抗体或抗原固定在电极上；而后者抗体或抗原和电极是完全分开的。间接型电化学免疫传感器通常是采用酶或其他电活性化合物进行标记，将被测抗体或抗原的浓度信息加以化学放大，从而达到极高的灵敏度。
电化学免疫传感器的例子有：诊断早期妊娠的HCG免疫传感器；诊断原发性肝癌的甲胎蛋白(AFP)免疫传感器；测定人血清蛋白(HSA)免疫传感器；还有IgG免疫传感器、胰岛素免疫传感器等等。
(4)组织电极与细胞器电极传感器
直接采用动植物组织薄片作为敏感元件的电化学传感器称组织电极传感器，其原理是利用动植物组织中的酶，优点是酶活性及其稳定性均比离析酶高，材料易于获取，制备简单，使用寿命长等。但在选择性、灵敏度、响应时间等方面还存在不足。
动物组织电极主要有：肾组织电极、肝组织电极、肠组织电极、肌肉组织电极、胸腺组织电极等。 植物组织电极敏感元件的选材范围很广，包括不同植物的根、茎、叶、花、果等。植物组织电极制备比动物组织电极更简单，成本更低并易于保存。 细胞器电极传感器是利用动植物细胞器作为敏感元件的传感器。细胞器是指存在于细胞内的被膜包围起来的微小“器官”，如线粒体、微粒体、溶酶体、过氧化氢体、叶绿体、氢化酶颗粒、磁粒体等等。其原理是利用细胞器内所含的酶(往往是多酶体系)。
(5)电化学DNA传感器
电化学DNA传感器是近几年迅速发展起来的一种全新思想的生物传感器。其用途是检测基因及一些能与DNA发生特殊相互作用的物质。电化学DNA传感器是利用单链DNA(ssDNA)或基因探针作为敏感元件固定在固体电极表面，加上识别杂交信息的电活性指示剂(称为杂交指示剂)共同构成的检测特定基因的装置。其工作原理是利用固定在电极表面的某一特定序列的ssDNA与溶液中的同源序列的特异识别作用(分子杂交)形成双链DNA(dsDNA)(电极表面性质改变)，同时借助一能识ssDNA和dsDNA的杂交指示剂的电流响应信号的改变来达到检测基因的目的。
4.生物能学和代谢过程
包括酶催化的氧化还原反应的力能学、线粒体呼吸链、光氧化还原反应和光合作用。光合作用作为整个过程，包括了吸收光子后的电子激发过程、膜电位的产生、电子和质子的转移过程，以及随后的一系列代谢反应。
生物电化学研究手段目前除了采用传统的电化学方法外，电化学紫外可见光谱、电化学现场红外光谱、电化学现场拉曼光谱、X射线衍射、扫描探针技术、电化学石英晶体微天平等方法得到广泛应用。
生物材料敏感元件+电极转换元件
例如：酶电极传感器
以葡萄糖氧化酶(GOD)电极为例
其工作原理为:在GOD的催化下，葡萄糖(C6H12O6)
被氧氧化，生成葡萄糖酸(C6H12O7)和过氧化氢。
反应式
根据上述反应,可以通过测量氧的消耗(氧电极),或者过氧化氢的产生(过氧化氢电极)等,间接测量葡萄糖的含量。
这就是所谓的第一代酶电极传感器，目前种类很多，包括用于检测司机是否饮酒的。乙醇氧化酶电极传感器。
专利技术：将乙醇氧化酶电极传感器与汽车的点火装置相连
细胞膜水通道，以及离子通道结构和机理 2003年的NOBEL化学奖介绍
彼得·阿格雷：美国科学家。1949年生于美国明尼苏达州小城诺斯菲尔德，1974年在巴尔的摩约翰斯·霍普金斯大学医学院获医学博士学位，现为该学院生物化学教授和医学教授。 罗德里克·麦金农：美国科学家。1956年出生，在美国波士顿附近的小镇伯灵顿长大，1982年在塔夫茨医学院获医学博士学位，现为洛克菲勒大学分子神经生物学和生物物理学教授。
生物电化学
科学贡献
他们发现了细胞膜水通道，以及对离子通道结构和机理研究作出了开创性贡献。这是个重大发现，开启了细菌、植物和哺乳动物水通道的生物化学、生理学和遗传学研究之门。
对生活的影响
水溶液占人体重量的70%。生物体内的水溶液主要由水分子和各种离子组成。它们在细胞膜通道中的进进出出可以实现细胞的很多功能。水分子是如何进出人体的细胞的？了解这一机理将极大地帮助人们更好地认识许多疾病，比如心脏病、神经系统疾病等。他们的发现阐明了盐分和水如何进出组成活体的细胞。比如，肾脏怎么从原尿中重新吸收水分，以及电信号怎么在细胞中产生并传递等等，这对人类探索肾脏、心脏、肌肉和神经系统等方面的诸多疾病具有极其重要的意义。
实际上，早在十九世纪中期，人们就猜想人体细胞一定存在用以传输水分的特别的通道。然而，直到1988年，才由阿格雷在分离一种膜蛋白上获得成功，约一年后，他明白了这个蛋白一定就是长期以来所寻求的水通道。这一决定性的发现打开了通向细菌、植物及哺乳动物体内水通道的生物化学、生理学以及遗传学等完整的系列研究之门。今天，学者们详知水分子通过细胞膜的方式并了解为何只有水分子能穿过而不是其他更小的分子或离子。
现代生物化学在求解生命过程的基本原理方面已经深入到了原子的水平。 另一种类型的膜通道是离子通道。离子通道在神经和肌肉应激系统中具有重要意义。当位于神经细胞表面的离子通道在来自邻近的神经细胞的化学信号的作用下而开启时，会产生一种被称为神经细胞电压的作用，于是，一种电脉冲信号就会通过在数毫秒之内开启和关闭的离子通道而沿着神经细胞的表面传递。麦金农在1998年确定了钾离子通道的空间结构(高分辨率电子显微镜)而使整个学术界震惊。这项贡献，使我们现在知道离子可以通过由不同的细胞信号控制其开启和关闭的通道而流动。

为什么感染病毒后会发烧？

新冠疫情来临后，“量体温”是很多人初步判断是否感染病毒的一种简单手段，这是因为发烧是发生各类感染的一个关键症状。
大多数人可能会将身体的这一变化“归功于”免疫系统，认为出现了发烧、畏寒或身体乏力等感觉，就说明免疫系统自动开启了防御。
事实却并非如此，这一切的背后是大脑在指挥。更具体一点来说，神经系统一直在与免疫系统“对接”，确认身体被感染后，会协调一系列行为和生理变化，包括出现那些令我们不太舒服的症状。
本周，顶尖学术期刊《自然》上发表的一篇研究论文中，科学家们通过小鼠实验，首次找到了一群特殊的脑细胞：这一小撮神经细胞在大脑中运筹帷幄，感知到免疫状态因为感染而发生变化后，操纵了发烧、畏寒、食欲不振等一系列症状的发生。
▲哈佛大学的Catherine Dulac教授为通讯作者，知名华人科学家庄小威教授也参与了这项研究
这群特殊的神经元位于下丘脑，一个以调节体温、进食、饮水、内分泌活动等重要机能而“闻名”的关键脑区。研究人员先设法使实验室小鼠因为细菌感染而发烧，然后在它们的大脑中搜寻此时被激活的神经细胞，最终注意到了位于下丘脑腹内侧视前区（VMPO）的神经元。
为了确认这些细胞的功能，研究人员利用化学遗传学和光遗传学等方法，对这群数量在1000个左右的神经元进行了精确控制，操纵它们传送信号。结果发现，VMPO神经元对于产生发热等症状至关重要。激活这些细胞后，小鼠体温升高，畏寒，食欲降低——表现与人类感染后常出现的一系列症状非常相像。
此外，研究人员还确认，这群神经细胞投射到12个脑区，包括一些已知控制口渴、疼痛敏感性和社交互动的脑区，换句话说，其他一些感染后常有的症状表现也可能受到这群神经细胞的影响。
图片来源：123RF
在这篇论文中，研究人员更进一步揭示了这些神经细胞是如何感知身体免疫状态的。他们发现，这些神经细胞有绝佳的地理位置：紧挨着血脑屏障。血脑屏障将大脑与循环血液隔开，也意味着这里是大脑和免疫系统相互交流的位置。
研究人员指出，构成血脑屏障的细胞可以释放出免疫信号，而邻近的下丘脑VMPO神经元又正好配置了接收免疫信号的一些受体，因此血脑屏障的细胞就通过一种叫做“旁分泌信号”的机制触发控制发热等症状的神经细胞。

阿尔茨海默病：很想记住一切，却被迫遗忘世界

人们常认为，老来多健忘是一件理所当然的事情。殊不知，有一小部分老年人的珍贵记忆不是变“老”了，而是被一个善于隐藏的“小偷”窃取了。这个小偷就是 阿尔茨海默病（AD） ，它还有一个广为人知的别名叫 “老年痴呆” 。

阿尔茨海默病（AD）是一种中枢神经系统退行性疾病，总出现在不经意之间，打得人措手不及。 它很喜欢“缠上”65岁以上的老人，逐渐吞噬他们的记忆，引发精神和行为异常、生活能力下降等问题； 并且，年龄越大，碰到它的概率会越高。据统计，欧美国家65岁以上老年人中发病率为5%，85岁以上发病率则高达到30%以上。

根据国际阿尔茨海默病协会发布的《2018年世界阿尔茨海默病报告》称， 2018年，全球共有5000万人罹患痴呆，预计2030年将达到8200万人，2050年将达到1.52亿人。 这份报告还提到，在世界范围内，每过3秒钟就会有一个人患上阿尔茨海默病。

阿尔茨海默病可以说是一个“大脑杀手”，它会导致大脑及特定的皮层下区域的 神经元 和 突触 损伤，进而造成显著的大脑萎缩。因此，阿尔茨海默病患者的大脑皮质与正常人相比，当中的颞叶、顶叶，及部分扣带回中的沟回会消失。

同时，负责学习和记忆的海马也会极度萎缩，这不仅会导致不易察觉的记忆损害，让患者难以记住新的事物，还会增加情绪病变和失智的风险。不仅如此，大脑的脑室也会扩大，造成大脑积液变多……

但是，医学界迄今仍未找到导致大脑出现上述变化的根本原因。不过，有观点认为，Aβ的沉积是导致阿尔茨海默病发生的起始事件，进而引起由过度磷酸化的Tau蛋白高度螺旋化而形成神经元纤维缠结，这两种异常蛋白的沉积最终导致突触损失、神经元凋亡。

β-淀粉样蛋白(β-amyloid, Aβ)假说 认为，神经元细胞膜上有一种对神经元的生长、存活及创伤后修复非常重要的跨膜蛋白——前类淀粉蛋白（APP），而Aβ就是其中的一个小片段。虽然正常人的脑子里也会产生Aβ，但很快就会被分解、清除掉。然而，阿尔茨海默病患者大脑中的Aβ的产生和清除却失去了平衡，当APP被一些酶分解成小分子片段后，被分解出来的 Aβ会在神经元外部大量积累和沉积，并对大脑神经产生毒害作用。

Tau蛋白假说 则指出，每个神经元都有由微管组成的细胞内支撑系统，称为细胞骨架，这些微管的作用如同轨道，引导营养物质和其他分子在细胞本体和轴突之间来回移动。而Tau蛋白质被磷酸化之后可以稳定微管，但在阿尔茨海默病患者中，Tau蛋白质发生突变而过度磷酸化，进而造成微管瓦解。释出的Tau蛋白质会聚集起来，产生神经纤维团块并且瓦解神经元的运输系统。变性后的Tau蛋白质将使转座子运作异常，导致神经元死亡。

针对上述两种假说，有研究显示，肠道菌群紊乱会通过脑–肠轴影响β淀粉样蛋白(Aβ)的沉积、Tau蛋白的过度磷酸化等，进而影响阿尔茨海默病的发生、发展。

肠-脑轴 是肠道微生物与大脑进行沟通的双向通信系统，由免疫、代谢、神经内分泌和迷走神经等因素构成。肠道菌群可以通过 肠-脑轴 这条途径，作用于中枢神经系统, 从而对全身的代谢和行为产生影响。

正常情况下，肠道菌群会随着人体的发育而发展，直到成年后会维持在一个相对稳定的状态，到老年时期则会出现多样性和稳定性逐渐下降等问题，导致肠道菌群紊乱。然而，肠道菌群紊乱则会影响吸收相关营养物质，损害人体的免疫机制及引发炎症反应等，进而导致一系列 健康 问题。

一方面 ，如果肠道菌群紊乱，有可能会导致胃肠粘膜和血脑屏障结构发生变化，渗透性增加，让一些有害物质会更容易到达大脑，从而引起阿尔茨海默病。另外，虽然Aβ可以通过肝脏清除，但肠道菌群紊乱会通过影响肠道屏障?能量稳态等方式导致肝脏功能紊乱，进而影响肝脏对Aβ的清除进程。

另一方面 ，正常的肠道菌群可以通过产生抗氧化物质或增强超氧化物歧化酶、谷胱甘肽等物质的活性来对抗氧化应激损伤，抑制Tau 蛋白过度磷酸化，而肠道菌群紊乱则会使这种保护作用丧失 。 肠道菌群还会通过诱发炎症和促进脂肪生成等干扰胰岛素信号通路，进而激活糖原合成酶激酶-3β，促进 Tau 蛋白的过度磷酸化。不仅如此，细菌分泌的脂多糖还会进入血液，促进全身炎症的发生，进而加速 Tau 蛋白过度磷酸化进程。

虽然科研人员发现了肠道菌群与阿尔茨海默病存在着相关性，但按照当前的医学手段，只能通过相关手段减轻患者的痛苦，并不能完全治愈。 对于阿尔茨海默病，提前预防才是最好的办法，具体可通过保持良好的饮食习惯、多动脑、让心情愉悦及坚持 体育 锻炼等方式进行：

养成良好的饮食习惯，做到“三定、三高、三低和两戒”。“三定”即定时、定量、定质，“三高”即高蛋白、高不饱和脂肪酸、高维生素，“三低”即低脂肪、低热量、低盐，“两戒”即戒烟、戒酒。同时，作息上也要保证充足的睡眠。因为睡眠不足会造成β-淀粉样蛋白积累。

常动脑做有趣的事情可以锻炼脑细胞的反应速度（如：玩数独、玩视频 游戏 等）；业余爱好可以活跃脑细胞；多思考新事物可以刺激脑神经活动，这些都是延缓大脑老化的有效措施。

通过集体活动与他人进行沟通，既可以保持良好的人际关系、让心情保持开朗，又可以依靠外来的有益刺激，延缓脑功能衰退的速度。

坚持 体育 锻炼可以释放不良情绪、保持大脑正常运转，让脑神经细胞延缓老化。

【参考资料】

1、世界老年痴呆日 | 关爱老人，请注意阿尔茨海默病

2、维基百科：阿尔茨海默病

3、阿尔茨海默病与肠道菌群的关系

4、对抗阿尔茨海默症是持久战

5、科普 | 当心！老年痴呆不光只有记性差

6、肠道菌群与阿尔茨海默病的相关性研究进展

7、肠道菌群在阿尔茨海默病发病中的作用

8、人人 健康 ：人到老年该怎么预防阿尔茨海默症

慕恩生物：以微生物重建绿色未来

神经信号是如何产生的，又是如何在神经中传播的?

这是一个很大的问题，需要一整本书来回答，甚至在我自己的入门教科书中也需要好几页。所以我只会给出一个简短的，相对肤浅的答案。

所有的神经元(实际上是所有的活细胞)在细胞膜内外都有电荷差(电压)。这种差异是由于在两个表面的膜附近的正离子和负离子数量不等。细胞内部有大量的负电荷，所以我们说静息质膜的电荷(静息电位)通常在-70毫伏左右。这就像你买的新电池充电一样，虽然要弱很多。

静息神经细胞细胞膜上的离子分布。橙色和蓝色的物体是蛋白质离子门。在这些由蛋白质组成的膜上有一些闸门(通道)，可以打开并允许一些离子瞬间流过，进入和离开细胞，改变电压。许多不同的东西可以作用于这些门，使其打开——来自另一个神经元的神经递质;激素;其他化学物质如味觉、嗅觉和疼痛刺激;热;淡定;振动;触摸;压力等等。

下面的图描述了在化学物(配体)与之结合后，钠离子突然涌入的情况下，这种通道的打开。所有这些涌入细胞的正离子(以及钾离子)改变了膜电压——产生了一个叫做局部电位的电事件

。

现在，另一件可以打开这些门的事情是电压变化作用于这些蛋白质。在神经细胞的很多地方，尤其是上图中的触发区和轴突，有高密度的蛋白质门，称为电压门控通道(或电压调节门)。

当局部电位扩散到细胞的邻近区域时，就像你把一块石头扔进静止的池子里时产生的涟漪一样，它会激活这些电压门控通道。它们突然打开，让新鲜的钠离子和钾离子在那个点进出细胞，短暂地逆转了膜电压(现在是内部为正，外部为负)。这叫做动作电位。

然后动作电位触发同样的事情，沿着神经细胞再往前一点点，然后它就这样，一遍又一遍的重复链式反应，就像一排倒下的多米诺骨牌，沿着神经纤维一直到最后。

这是沿着神经纤维传播的动作电位。正号和负号表示我前面描述的电荷的反转。黄色的难处理区，对这个讨论来说不是必要的，只是在那块膜再次被激活之前的一个强制恢复期。?

本文地址:http://dadaojiayuan.com/jiankang/301558.html.

声明： 我们致力于保护作者版权，注重分享，被刊用文章因无法核实真实出处，未能及时与作者取得联系，或有版权异议的，请联系管理员，我们会立即处理，本站部分文字与图片资源来自于网络，转载是出于传递更多信息之目的,若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请立即通知我们(管理员邮箱：douchuanxin@foxmail.com)，情况属实，我们会第一时间予以删除，并同时向您表示歉意,谢谢!

上一篇: Cell子刊：破坏记忆再巩固有助克服···

下一篇: 潜力无限！CAR-T细胞免疫疗法有望···